非线性方程求根——牛顿迭代法
创始人
2024-01-16 19:56:47

一、牛顿法

1.实质:牛顿法实质上是一种线性方法,其基本思想是将非线性方程f(x)=0逐步归结为某种线性方程来解。

2.牛顿法公式:

已知方程f(x)=0有近似解xk,假设,将f(x)在点xk泰勒展开,有则方程f(x)=0可近似表示为:,根为:则迭代法:

 

 3.牛顿法几何意义:

方程发f(x)=0的根可解释为曲线y=f(x)与x轴的交点横坐标,如图:

例题:

 

 牛顿法的优点是收敛快,缺点是计算量大且计算求导困难,并且只有初始近似x0在x*的附近才能保证收敛,若x0不合适可能不收敛。

二、牛顿法改进

1.简化牛顿法迭代公式:

 2.几何意义:用斜率的平方弦与x轴的交点,做的近似。

3.牛顿下山法:

(1)基本思想:将牛顿法前后两次迭代结果进行加权平均,作为新的,并且保证,其中 为下山因子, ,选择 时, 从 开始,逐次将 减半进行试算,直到 满足 为止。

 (2)公式:

三、重根情形

,且,则称是方程的m重根,则

 牛顿法:其中,因,则牛顿法线性收敛。

(1)改进一:

其中m为几个重根,则则迭代法至少二阶收敛。

(2)改进二:

 若 的m重根,则 是 的m-1重根。 令 ,则 的单根,对 用牛顿法至少有二阶收敛性。 迭代公式如下:

 例题:

 

 结果:

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